第八章 网络 互联

1. 第八章 网络互联 将众多的计算机网络进行互连，可以构成更大的计算机网络，进而形成互联网。 • 8.1 广域网的基本概念 • 8.2 广域网接入技术 • 8.3 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 • 8.4 Internet组播 • 8.5 网络互联 • 8.6 网络互连设备

2. 广域网组成： • 节点交换机：将分组进行存储转发； • 链路：节点之间通常是点到点连接，为提高网络可靠性,常将一个交换机与多个节点交换机相连。 • 区别(从层次上考虑)：广域网使用的协议在网络层，局域网在数据链路层。 由局域网和广域网组成的互联网结构图： 局域网 局域网 局域网 局域网 第一节 广域网的基本概念

3. 第一节 广域网的基本概念 • 广域网提供的两大类服务： • 无连接的服务——数据报服务  特点： 主机可随时发送数据，每个分组独立地进行路由选择； 当发生拥塞时，网络中的某个节点可以丢弃分组； 提供的服务是不可靠的，不能保证服务质量，而是一种尽力交付的服务。 • 面向连接的服务——虚电路服务 •  特点： • 建立通信连接 • 进行数据通信 • 拆除通信连接

4. 广域网接入技术（也称为接入网技术），目前有4种技术方案：广域网接入技术（也称为接入网技术），目前有4种技术方案： • 以现有电话网铜线为基础的xDSL技术 • 以电缆电视为基础的电缆调制解调器技术 • 光纤网络 • 无线卫星接入技术 1.接入网（AN）的概念 定义：是指交换局到用户终端之间的所有机线设备。  主干系统：为传统的电缆和光缆，一般长数公里；  配线系统：也可以是电缆和光缆，其长度一般为几百米；引入线通常为几米 到几十米。 交换机 交接箱 分线盒 用户终端 引入线 主干系统 配线系统 接入线 第二节 广域网接入技术

5. TMN Q3 UNI AN SN SNI 第二节 广域网接入技术 ITU-T定义的接入网：是指由业务节点接口（SNI）和相关用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（诸如线路设施和传输）所组成，为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统，可以经由Q3接口进行配置和管理。 接入网所包括的范围可由3个接口来标志： 在网络侧通过节点接口 与业务节点（SN）相连； 在用户侧经由用户网络 接口与用户终端相连； 管理功能则通过Q3接口 与电信管理网（TMN）相连。 业务节点:是提供业务的实体,一种可以接入各种交换型、半永久连接型电信业务的网元(本地交换机、租用线业务节点或特定配置下的点播电视和广播电视业务节点等)。 接入网技术：根据使用的媒体分为光纤接入、铜线接入、光纤同轴混合介入（HFC）和无线接入（WLL）等多种类型。

6. 第二节 广域网接入技术 2．接入网的特点 主要完成复用、交叉连接和传输功能，不具备交换功能； 提供开放的V5标准接口，可实现与任何种类的交换设备进行连接 ； 光纤化程度高，有利于减少投资和宽带业务的引入 ； 能提供各种综和业务，如接入数据业务、视像业务以及租用线业务等 ； 对环境的适应能力强； 组网能力强，可以根据实际情况提供环形、星形、链形、树形结构等灵活多样的组网方式，且环形网具有自愈功能，也可带分支； 可采用HSDL、ADSL、有源及无源光网络、HFC和无线等多种接入技术； 可独立于交换机进行升级，灵活性高，有利于引入新业务和向宽带网过渡； 提供了功能较为全面的网管系统。

7. 第二节 广域网接入技术 3．接入网的主要功能 用户口功能（UPF）：将特定的UNI要求与核心功能和管理功能相适配； 业务口功能（SPF）：将特定SNI规定的要求与公用承载通路相适配； 核心功能（CF）：负责将个别用户口承载通路或业务口承载通路的要求与公用传送承载通路相适配 ； 传送功能（TF）：为AN中不同地点之间公用承载通路的传送提供通道，也为传输媒质提供媒质适配功能及为传输媒质提供媒质适配功能。 ； AN系统管理功能（SMF）：协调AN内UPF、SPF、CF和TF的适配、维护和操作，也负责协调用户终端和业务节点的操作功能。

8. 第二节 广域网接入技术 8.2.1 xDSL接入技术 DSL(Digital Subscriber Line)是数字用户线路的简称；xDSL中的x表示A/H/S/C/I/V/R等。

9. 第二节 广域网接入技术 xDSL同样基于PSTN或CATV，且比PSTN上的传统Modem更加高速！ 与Moderm相比有以下特点：  xDSL仅利用PSTN或CATV的用户环路，而非整个网络，其数据信号在原有话音或视频线路上叠加传输，在电信局和用户端进行合成和分解，因而需要配置相应的局端设备；  因传输距离愈长，信号衰减愈大，愈不适合高速传输，因而xDSL只能工作在用户环路，距离有限，可提升传输速率；  xDSL采用了不同于普通Modem的V.32、V.34 和V.90等标准，运用先进的2B1Q、QAM、CAP和DMT等调制解调技术，通信速率大幅度提高。 xDSL技术分类：  按上行（用户到交换局）和下行（交换局到用户）的速率是否相同可分为： 速率对称型、速率非对称型

10. 第二节 广域网接入技术 xDSL技术主要的技术方式 1.高比特率数字用户线(HDSL)：在无中继的用户环路上使用无负载电话线提供高速数字接入的传输技术。 特点:可在现有任意双绞线上实现全双工、速度高达2Mbps的数字信号； 可无中继传输3km-5km、不需要选择线对、误码率（BER）低； 可为用户提供30B+D、2Mbps租用线业务，可传送30路话音进行普话扩容。 主要应用：2Mbps业务，如会议电视、LAN与LAN互连、移动通讯基站、ISDN一次群速率和专用PABX连接。 2.甚高速数字用户线(VDSL)： 在ADSL基础上发展起来的，最大下行速率为51-55Mbps，传输距离不超过300m，当传输速率在13Mbps以下时，传输距离可达到1.5km，上行速率为1.6 Mbps以上。 采用前项纠错（FEC）编码技术进行传输差错控制； 成本低，和光纤到路边（FTTC）相结合实现宽带综合接入。

11. 第二节 广域网接入技术 3.单线路数字用户线(SDSL) 对称的DSL技术，可以支持各种要求上、下行通信速率相同的应用，在双线电路中运行良好。 与HDSL的区别：只使用一对铜线。 4.速率自适应数字用户线(RADSL) 提供的速率范围与ADSL基本相同，也是一种提供高速下行、低速上行并保留原语音服务的数字用户线。 与ADSL的区别：速率可以根据传输距离动态自适应，当距离增大时，速率降低，供用户灵活选择传输服务。 5.基于ISDN的数字用户线路(IDSL) 可以认为是ISDN技术的一种扩充，用于为用户提供基本速率BRI（128kbps）的ISDN业务，传输距离可达5km。 主要应用场合：远程通信、远程办公室连接。

12. 第二节 广域网接入技术 • 8.2.2 ADSL技术 • ADSL技术：是在无中继的用户环路网上，使用有负载电话线提供高速数字接 入的传输技术。 • 特点：可在现有任意双绞线上传输、误码率低； • 模拟用户话路独立，采用线路码； • 对少量使用宽带业务的用户是一种经济快速的接入方法。 • ADSL系统组成：局端收发机、用户端收发机 • 收发机：实际上是一种高速调制解调器。 • ADSL的非对称性：下行速率和上行速率的不同。 • 高速下行信道：向用户传送视频、音频信息及控制、开销信号，速率一般在1.5Mbps-8Mbps之间； • 低速上行信道：包括通向网络的控制开销信号，速率一般在16kbps-640kbps之间。

13. ATU-C Internet ATU-R 个人计算机 ADSL 接入复用器 ADSL Modem ADSL Modem 后端滤波器 程 控 交换机 滤波器 接线盒 外线跳线架 交换机跳线架 电话 ADSL 用 户 普 通 用 户 程 控 交换机 电话 接线盒 外线跳线架 交换机跳线架 电话 外线 用户端 电话局端 第二节 广域网接入技术 ADSL的接入模型 主要由中央交换局端模块和用户端模块组成。

14. 第二节 广域网接入技术 （一）中央交换局端模块： ATU-C(ADSL Transmission Unit-Central):处于中心位置的ADSL Modem。  接入多路复用系统：其中心的Modem通常被组合成一个接入节点，也被称作ADSL接入复用器“DSLAM”（ADSL Access Multiplexer）。 （二）用户端模块：  用户端ADSL Modem：通常被称为ATU-R(ADSL Transmission Unit-Remote)。  滤波器：分离承载音频信号的4kHz以下的低频带和ADSL Modem调制用的高频带，使ADSL可以同时提供电话和高速数据业务，两者互不干涉。 ADSL业务能力可提供的传输通道： ①高速单工通道：提供DS1速率（6.144Mbps）的下行数据流，它可以分成4个1.536 Mbps的A信道，每条A信道都能传送MPEG-1质量的图像。 ②64kbps双工数据传输通道：可配合高速通道使用，在用户和业务提供者之间进行交互式控制和必要的信息传输。 ③全双工通道：根据业务需要，ADSL系统可提供160kbps和576kbps的速率。

15. 第二节 广域网接入技术 8.2.3 光纤接入技术 光纤通信的优点:通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等。 目前的多种光纤接入方式： FTTR—光纤敷设到远端节点；FTTB—光纤敷设到办公大楼； FTTC—光纤敷设到路边；FTTZ—光纤敷设到用户小区； FTTH—光纤敷设到每个家庭。 光纤接入网络OAN(Optical Access Network)：在接入网中用光纤作为主要传输媒介来实现信息传输的网络形式，不是传统意义上的光纤传输系统。 建设和开发光纤接入网的主要目标是： 为小型企事业单位及居民住宅用户而设计； 引入OAN不应该依赖于交换机的类型，既要能与现有的模拟和数字交换机兼容也要能与新的数字交换机兼容，既能够工作与多厂家、多类型交换机环境； OAN必须能提供原铜线网所能提供的全部业务，将来还能升级为提供图像和数据等。

16. 光纤接入网的基本结构： 电 光 光 电 用户 E/O O/E 交换局 光纤 比较内容 总线型 星 型 环 型 树 型 成本投资 （光缆与电子器件） 低 最 高 低 低 测试很困难 清除故障所需时间长 较 好 维护与运行 测试困难需光功率分配器和光网络单元 很安全 安全性能 很安全 安 全 很安全 用户规模 适于大规模 适于中等规模 适合于有选择性用户 适于大规模 容易提供 容易提供 向每个用户提供较困难 向每个用户提供较困难 新业务要求 高速数据 带宽能力 基群接入、视频 基群接入 基群接入和视频高速 第二节 广域网接入技术 光纤接入网的拓扑结构：总线型、环型、星型、树型结构。

17. 用户1 节点1 交换端局 用户2 节点2 用户3 第二节 广域网接入技术 总线型结构：用光纤作公共总线，各用户终端通过某种耦合器与总线直接连接。  优点：共享主干光纤、节省线路投资、增删结构容易、彼此干扰小。  缺点：损耗累积、用户接收机的动态范围要求较高、对主干的依赖性强。 环型结构：所有节点共用一条光纤线路，光线链路首尾相连构成封闭回路。  优点：可实现自愈，即无需外界干预，网络即可在较短时间内自动从失败故障中恢复业务。  缺点：单环所挂用户数量有限，多环互通较为复杂，且不适合于分配型业务。

18. 第二节 广域网接入技术 星型结构：各用户终端通过一个位于节点（设在端局内）具有控制和交换功能的星型耦合器进行信息交换。  优点：属于并联型结构，不存在损耗累积的问题，易于实现升级和扩容，各用户之间相对独立，保密性好，业务适应性强。  缺点：所需光纤代价高、组网灵活性较差、对中央节点的可靠性要求极高。 树型结构：是分级结构，在交接箱和分线盒处采用多个光分路器，将信号逐级往下分配。  特点：最高级的端局具有很强的控制和协调能力。

19. 用户 分路器 电话 铜缆 FTTH ONU 配线 FP 交 换 机 DP 铜缆引入线 电话 FTTC OLT ONU 分路器 电话 光缆 ONU FTTB 第二节 广域网接入技术 3.光纤接入网的分类 根据光纤网络单元(ONU)与用户的距离，OAN可分成： 光纤到路边(FTTC)、光纤到楼(FTTB)、光纤到户(FTTH)、光纤到办公室(FTTO)等。

20. 用户 分路器 电话 铜缆 FTTH ONU 配线 FP 交 换 机 DP 铜缆引入线 电话 FTTC OLT ONU 分路器 电话 光缆 ONU FTTB 第二节 广域网接入技术 FTTC结构：ONU是设置在路边的入孔或电线杆上的分线盒处，即DP点；有时也可放置在交换箱处，即FP点，此时从ONU到各个用户之间的部分仍为双绞线对，从而可以充分利用现有的铜线设施，若要传输宽带图像业务，则这部分可采用同轴电缆。 FTTB结构：是FTTC的一种变形，不同之处仅在于将ONU直接放到了大楼内，并有多对双绞线将业务分送各个用户。 FTTH结构：将FTTC中设置在路边的ONU换成无源分路器并移到用户家中，将是接入网的最终解决方案，即从本地交换机一直到用户全部都是采用光纤线路，从而为用户提供宽带交互式业务，避免外界干扰，便于供电等等。

21. 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 8.3.1 IP协议 Internet的网际协议IP（Internet protocol）：是为网际互连而设计的，提供一种从源端到目的端传输数据报的最佳尝试方法，将一组物理上互相连接的子网或自治系统AS（autonomous system）在逻辑上连到一起，从传输层取得数据流并将其分成数据报。 数据报：理论上，每个数据报可以长达64KB，但实际上它们往往只有1500字节左右，每个数据报经过因特网传输并拆分，最终在目的地重装。 IPv4数据报组成：由头部和正文部分构成。 IPv4数据报头部：由20字节的固定长度和可变长度的选项部分组成，以大端点机次序传送，从左到右，版本字段的高位字节先传。 头部格式如下页图示

22. 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级 未用 D T R C 32比特 服务类型 版本 总长 IHL 标识 分片偏移 D M F F 头校验和 生命期 协议 源地址 目标地址 选项（0或多个32位） ~ ~ ~ ~ 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 单击图中各字段图标显示各字段相应解释 IPv4头部的组成

23. 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级 未用 D T R C 32比特 服务类型 版本 总长 IHL 标识 分片偏移 D M F F 头校验和 生命期 协议 源地址 目标地址 选项（0或多个32位） ~ ~ ~ ~ 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 IPv4头部的组成 版本（Version）:占4bit，记录数据报属于那个版本的协议,通过版本字段，可以长期在不同版本间传输数据。

24. 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级 未用 D T R C 32比特 服务类型 版本 总长 IHL 标识 分片偏移 D M F F 头校验和 生命期 协议 源地址 目标地址 选项（0或多个32位） ~ ~ ~ ~ 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 IHL：占4bit，用来说明头部的长度，默认的最小值为5个单位(一个单位为4个字节)，可表示的最大数值是15个单位，因此IP的头部长度的最大值是60字节，可选字段最多只能为40字节。 当IP分组的头部长度不是4字节的整数倍时，用0加以填充，从而保证数据部分始终在4字节的整数倍时开始。 IPv4头部的组成

25. 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级 未用 D T R C 32比特 服务类型 版本 总长 IHL 标识 分片偏移 D M F F 头校验和 生命期 协议 源地址 目标地址 选项（0或多个32位） ~ ~ ~ ~ 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 服务类型：占8bit，是主机可以告诉子网所需的各种可靠性和速度的组合服务，包含1个3比特的优先级字段，从0（一版）到7（网络控制分组）；3个标志位D、T和R，说明主机最关心组合{延迟，吞吐量，可靠性}中的哪一项。 C比特：是新增加的，表示要求选择费用更低廉的线路， 最后一个比特未用。 IPv4头部的组成

26. 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级 未用 D T R C 32比特 服务类型 版本 总长 IHL 标识 分片偏移 D M F F 头校验和 生命期 协议 源地址 目标地址 选项（0或多个32位） ~ ~ ~ ~ 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 IPv4头部的组成 总长：占16bit，是头部和数据之和的长度，单位为字节。 数据报的最大长度为65535字节。 当很长的数据报要分片传送时，“总长”不是指未分片前的数据报长度，而是指分片后每片的头部长度与数据长度的总和。

27. 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级 未用 D T R C 32比特 服务类型 版本 总长 IHL 标识 分片偏移 D M F F 头校验和 生命期 协议 源地址 目标地址 选项（0或多个32位） ~ ~ ~ ~ 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 标识：占16bit，使分片后的各数据报片最后能准确地重装成为原来的数据报。 注意：这里的“标识”并不代表顺序号，因为IP是无连接的服务，数据报不存在按序接收的问题，而是让目的主机判断新来的分片属于哪个分组，所有属于同一分组的分片包含同样的标识值。 IPv4头部的组成

28. 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级 未用 D T R C 32比特 服务类型 版本 总长 IHL 标识 分片偏移 D M F F 头校验和 生命期 协议 源地址 目标地址 选项（0或多个32位） ~ ~ ~ ~ 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 标志：占3bit 当DF=0时允许分片；当DF=1时不要分片，此时命令路由器不要将数据报分片，因为目的端不能重组分片。 通过标志数据报的DF位，发送者可知道分组是否应该完整地到达，每个机器都要能接收576字节或更少的分段。 MF=1表示后面还有分片的数据报，MF=0表示这已是最后一个数据报片。 IPv4头部的组成

29. 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级 未用 D T R C 32比特 服务类型 版本 总长 IHL 标识 分片偏移 D M F F 头校验和 生命期 协议 源地址 目标地址 选项（0或多个32位） ~ ~ ~ ~ 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 分片偏移：占13bit，表示较长的分组在分片后，某个分片在原分组中的相对位置。 以8字节为一个偏移单位；每个数据报最多由213即8192个分片组成；这样的数据报长度是65536字节，比总长字段提供的最大值还大。 IPv4头部的组成

30. 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级 未用 D T R C 32比特 服务类型 版本 总长 IHL 标识 分片偏移 D M F F 头校验和 生命期 协议 源地址 目标地址 选项（0或多个32位） ~ ~ ~ ~ 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 生命期：占8bit，是一个用来限制分组生命周期的计数器。 建议值为32秒，最长生命期时255秒。 必须在每个节点中都递减，而且当在一个路由器中排队时间过长时，可以以倍数递减。 实际上只以节点计数，当它减到零时，该分组就要丢弃，并向源主机发送一个警告分组，这一特性能防止数据报在网中无限制地漫游。 IPv4头部的组成

31. 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级 未用 D T R C 32比特 服务类型 版本 总长 IHL 标识 分片偏移 D M F F 头校验和 生命期 协议 源地址 目标地址 选项（0或多个32位） ~ ~ ~ ~ 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 协议：占8bit，指出数据报携带的传输层数据所使用的协议，以便目的主机的IP层知道应将此数据报上交给哪个进程。 常用的协议字段值： UDP（17bit） TCP（6bit） ICMPP（1bit） CGP（3bit） EGP（8bit） IGP（9bit） OSPF（89bit） TP4（29 bit） IPv4头部的组成

32. 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级 未用 D T R C 32比特 服务类型 版本 总长 IHL 标识 分片偏移 D M F F 头校验和 生命期 协议 源地址 目标地址 选项（0或多个32位） ~ ~ ~ ~ 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 IPv4头部的组成 头校验和：占8bit，只检验数据报的头部，不包括数据部分，数据报每经过一个节点，节点处理机都要重新计算一下头校验和，如果校验出错，便将此数据报丢弃。 源地址和目标地址:各占32bit，指明了网络号和主机号。

33. 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级 未用 D T R C 32比特 服务类型 版本 总长 IHL 标识 分片偏移 D M F F 头校验和 生命期 协议 源地址 目标地址 选项（0或多个32位） ~ ~ ~ ~ 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 IPv4头部的组成 头校验和：占8bit，只检验数据报的头部，不包括数据部分，数据报每经过一个节点，节点处理机都要重新计算一下头校验和，如果校验出错，便将此数据报丢弃。 源地址和目标地址:各占32bit，指明了网络号和主机号。

34. 可选字段的五个可选项： • 安全性：指明数据报的机密程度； • 严格源站路由选择：给出后跟的完整路由； • 非严格源站路由选择：给出一个不能漏掉的路由器列表； • 记录路由：使每个路由器都附上它的IP地址； • 时间标记：使每个路由器都附上它的IP地址和时间标记。 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级 未用 D T R C 32比特 服务类型 版本 总长 IHL 标识 分片偏移 D M F F 头校验和 生命期 协议 源地址 目标地址 选项（0或多个32位） ~ ~ ~ ~ 选项：允许后续版本的协议中引入最初版本中没有的信息，让试验者进行新的尝试，避免为很少使用的信息分配头部位。 可选项是变长的，每个可选项以一个字节表明内容。 有些可选项有一字节的可选项长度字段，其后是一个或多个数据字节，可选项字节字段的长度以4字节计。 IPv4头部的组成

35. 32比特 主机地址范围 A类 0 网络号 主机号 B类 1 0 网络号 主机号 1.0.0.0 至127.255.255.255 C类 网络号 主机号 1 1 0 128.0.0.0至191.255.255.255 D类 多点播送地址 1 1 1 0 192.0.0.0至223.255.255.255 E类 留作将来使用 1 1 1 1 0 224.0.0.0至239.255.255.255 240.0.0.0至247.255.255.255 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 8.3.2 IPv4地址 因特网上的每台主机和路由器都有一个32位的全球唯一的IPv4地址，包括网络号和主机号，用于IP分组的源地址和目标地址字段。 连接于多个网络的机器在各个网络上有不同的IP地址。

36. 32比特 主机地址范围 1.0.0.0 至126.255.255.255 A类 0 网络号 主机号 128.0.0.0至191.255.255.255 B类 1 0 网络号 主机号 192.0.0.0至223.255.255.255 C类 网络号 主机号 1 1 0 224.0.0.0至239.255.255.255 D类 多点播送地址 1 1 1 0 240.0.0.0至247.255.255.255 E类 留作将来使用 1 1 1 1 0 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 A类地址允许有126个含1600万主机的网络；B类地址允许有16382个含64K主机的网络；C类地址最多允许有200万个含254个主机的网络(例如LAN)；D类地址用于多点播送，数据报可以直接发往多个多点播送主机；E类地址保留未用。 带点十进制标记法：将32位的网络地址每字节以十进制记录，从0到255。 例如，十六进制地址C0290614被记为192.41.6.20。 最低的组地址为0.0.0.0.1，最高为255.255.255.255。

37. 本机地址 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 本网中的主机地址 主机号 0 0 … 0 0 局域网中的广播地址 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 对一个远程网的广播地址 网络 1 1 1 1 … 1 1 1 1 127 回路 任意值 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 • IPv4的一些特殊地址 • IP地址0.0.0.0用于启动以后不再使用的主机； • 以0作为网络号的IP地址代表当前网络； • 全部由1组成的地址代表内部网络上的广播，通常是一个LAN； • 有正确的网络号、主机号全为1的地址, 向因特网上远程LAN发送广播分组； • 所有形如127.xx.yy.zz的地址都保留做回路测试,也为网络软件查错。

38. R1 R2 R3 网络1 网络2 网络3 网络4 3个路由器将4个网络连接成一个互联网 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 路由器对IP分组的处理 路由器接收从网络上发送来的数据分组，检查其数据报分组中的目的地址； 根据这个地址和路由表中的设定为数据报选择相应的下一跳地址； 路由表中的每一项指定了一个目的地和为到达该目的地所要经过的下一跳。

39. 本地分配 • 子网划分：从网络地址中划分出新的网络层次，增加一个“子网号” ，用IP地址中的前若干个比特作为“子网号”字段，后面剩下的为主机号字段。 • 优点：可以在本单位的各子网之间用路由器来互连，便于管理； • 从外部看，本单位仍只有一个网络号。 • 多划分出一个子网号字段是以减少主机数量为代价的！ • 子网号字段的长度由单位根据具体情况确定，TCP/IP体系规定用一个32位的子网掩码来表示子网 • 号字段的长度。 • 子网掩码的组成： • 由一连串的“1”和一连 • 串的“0”组成,“1”对应 • 网络号和子网号字段； • “0”对应于主机号字段。 10 网络号 主机号 (a) B类地址 10 网络号 子网号 主机号 (b) 增加了子网号字段的IP地址 11111111 11111111 111111 0000000000 (c) 子网掩码 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6

40. 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 • 子网掩码的作用：指出了子网号和主机号的分界线，子网掩码中“1”的长度就是网络号的长度。！ • 若某网络不进行子网划分则其子网掩码为默认值 • A类地址的子网掩码默认值为255.0.0.0； • B类地址的子网掩码默认值为255.255.0.0； • C类地址的子网掩码默认值为255.255.255.0。 • 根据IP地址可以判断它是A、B或C类地址中的哪一类！ • 根据主机的IP地址和子网掩码可确定某个IP数据报是发给： • 该子网上的一个主机； • 本网络中的另一个子网上的一个主机； • 在另一个网络上的主机。

41. R1 R2 R3 30. 0. 0. 7 40. 0. 0. 8 128. 1. 0. 9 192. 4. 10. 9 128. 1. 0. 8 40. 0. 0. 7 30. 0 . 0. 0 40. 0. 0. 0 128. 1. 0. 0 192. 4. 10. 0 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 • 带有子网掩码的IP路由表： • 目的地址字段：只包含目的地网络的网络地址前缀； 附加字段：包含一个地址掩码，决定目的地中的哪些位对应着网络前缀； 表中前两个网络都有一个A类前缀；第三个网络有一个B类前缀；第四个网络有一个C类前缀；每个路由器被指定了两个IP地址，一个地址对应一个接口。

42. 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 8.3.3 Internet控制报文协议ICMP IP是无连接的不可靠的数据报服务，在传输的过程中常会出现数据报丢失和出差错，为了减少分组的丢失、检测网络故障，使用IP层中的Internet控制报文协议ICMP。 ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告，其对一个完全标准的IP是必不可少的：IP在需要发送一个差错报文时要使用ICMP，而ICMP利用IP来传送报文。 ICMP报文作为IP层数据报的数据，加上数据报的首部，组成IP数据报发送出去。 五种差错报文 源站抑制报文：路由器在缓冲区满时会向源主机发送一个源抑制报文丢弃后到来的数据报；主机收到源抑制报文后要停发或缓发数据报，降低传送速率。 超时：当一个数据报在路由器中的“生存时间字段”减为零或在一个数据报的所有分段到达之前重组计时器到时了时，要发送一个超时报文。 目的站不可达：当一个路由器检测到数据报无法传递到它的最终目的地时，就向创建这一数据报的主机发送该报文（该差错报文能帮助区分是某个网络暂时不在互联网上，还是某一特定主机临时断线）。

43. R1 R2 网络2 网络1 网络3 0 8 16 31 类型 代码 检验和 主机B 主机A 主机C 2个路由器将3个网络连接成一个互联网 ICMP改变路由报文的格式 路由器的IP地址 原来的IP数据报首部 ~ ~ ~ ~ 原来的IP数据报数据的前8个字节 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 重定向：——又称改变路由报文，是应用最多的ICMP差错报文。 主机A向主机B发送IP数据报应经过路由器R1，向主机C发送数据报则应经过路由器R2。 假定：主机A启动后，其路由表中只有一个默认路由器R1。 当主机A向主机C发送数据报时：数据报被送到路由器R1从路由器R1的路由表可查出，发往主机C的数据报应经过路由器R2 将数据报从路由器R1再转到路由器R2 数据报从路由器R2传到主机C。 显然应改变此路由，路由器R1向主机A发送ICMP改变路由报文，指出此数据报应经过的下一个正确路由器的IP地址；主机A根据收到的信息更新其路由表。

44. 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 • 分段要求：当路由器发现到来的数据报很大且由于没有分段而造成无法传送时，路由器向发送方发送一个要求分段的报文，然后丢弃此报文。 • 四种信息报文 • 1、回应请求／应答：由主机或路由器向一个特定的目的主机发出 Echo请求 ；报文收到此报文的机器必须给源主机发送ICMP Echo回答 报文。 • ——这种询问报文用来测试目的站是否可达以及了解其有关状态。 • 应用层服务PING(Packet InterNet Groper)：用来测试两个主机之间的连通性，PING使用了ICMP Echo请求 与 Echo回答 报文。 • 2、地址掩码请求／应答：当一台主机启动时，会广播一个地址掩码请求报文，路由器收到这一请求就会发送一个地址掩码应答报文，其中包含了本网使用的32位的子网掩码。

45. 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 • 8.3.4 下一代的网际协议-IPv6 • IPv6的128位地址长度具有巨大的地址空间，128位地址空间包含地址数是340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456个，在可预见的将来可以为全球互联网中的每一个网络设备提供一个全球唯一性的地址。 • IPv6的基本特性： • 能为主机接口提供不同类型的地址配置：全球地址、全球单播地址、区域地址、链路本地地址、地区本地地址、广播地址、多播群地址、任播地址、移动地址、家乡地址、转交地址等。 • 自动配置：支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式。 • 无状态地址自动配置方式：使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地址；进而使用一种即插即用的机制，在没有任何人工干预的情况下获得一个全球唯一的路由地址。——是获得地址的关键 • 有状态地址自动配置方式：需要一个额外的服务器和许多额外的操作和维护，如动态主机配置协议DHCP。

46. 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 • 服务质量(QoS)： • IPv6报头中新增加了“业务级别”和“流标记”字段,能够提供不同水平的服务； • 有助于改进服务质量：主要表现在支持“时时在线”连接和防止服务中断以及提高网络性能方面。 • 移动性：移动IPv6（MIPv6）在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性。 • 每个移动设备设有一个固定的与设备当前接入互联网位置无关的家乡地址； • 设备在家乡以外的地方使用时，通过转交地址提供移动节点当前的位置信息； • 移动设备每次改变位置，要将其转交地址送给家乡地址和其对应的通信节点； • 移动设备在家乡以外的地方传送数据包时通常将转交地址作为源地址。 • 移动节点在家乡以外的地方发送数据包时，使用一个家乡地址目标选项，把移动节点的家乡地址告诉给包的接收者，接收方通信节点在处理这个包时就可以用这个家乡地址替换包内的转交地址，使发送给移动节点的IPv6包透明地选路到该节点的转交地址处。

47. 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 • 移动IP需要为每个设备提供一个全球唯一的IP地址，移动IPv4没有足够的地址空间为在公共互联网上运行的每个移动终端分配一个这样的地址，不适用于数量庞大的移动终端；移动IPv6可通过简单的扩展满足大规模移动用户的需求。 • 在基于IPv6网络上增加了安全层，例如，如果某个ISP的网络停止工作或者网络出现了阻塞，那么移动IPv6终端就可以通过其它ISP网络用绑定更新的方式与其家乡代理连接，因此允许使用可选的路由器，对网络来说增加了一层可靠性。 • 内置的安全特性：IPv6协议内置了标准化的安全机制(IPSec)，支持对企业网的无缝远程访问。例如,公司虚拟专用网络的连接；用“时时在线”接入企业网。 • IPv6还提供认证(AH)和封装的安全负载报头（ESP）两种服务，在IPv6包中AH和ESP都是扩展报头，可以同时使用或单独使用其中一个。 • 认证报头(AH)：用于保证数据的一致性。 • 封装的安全负载报头(ESP)：用于保证数据的保密性和数据的一致性。

48. 第三节 Internet的网际协议－IPv4与IPv6 从IPv4到IPv6的演进 从IPv4到IPv6的演进是一个逐渐演进的过程，需要一段时间使所有服务逐渐向全球IPv6互联过渡；在第一阶段，只要将小规模的IPv6网络连入IPv4互联网，通过现有网络访问IPv6服务；要继续维护这些服务，同时还要支持IPv4和IPv6之间的互通性。

49. 可选 基本头部 扩展头部1 … 扩展头部N 数据区 IPv6数据报的通用格式 32比特 流标记 版本 优先级 负载长度 下一头部 跳限制 源地址 目的地址 IPv6的基本头部格式 IPv6数据报格式 ——IPv6数据报的通用格式包括基本头部，扩展头部和数据负载三部分。 基本头部为固定格式，扩展头部可根据需要选用零个或多个。 IPv6的基本头部尺寸是IPv4的两倍。 单击 IPv6的基本头部格式 图中的各字段标识显示各字段的解释！

50. 32比特 流标记 版本 优先级 负载长度 下一头部 跳限制 源地址 目的地址 IPv6的基本头部格式 版本字段：占4位，取值为6，作用是使负责管理路由和公布路由协议的Internet机制知道将处理何种路由协议，在这里标志着这个分组是IP版本6的分组。